《液压与气压传动技术》习题及解答 韩玉勇

山东省五年制高等职业教育机械制造与自动化专业教材《液压与气压传动技术》习题解答项目1探究液压与气压传动系统思考与练习1-1何谓液压传动？液压传动的基本工作原理是什么？答：液压与气压传动是以流体(液压油液或压缩空气)为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。液压与气压传动实质上是一种不同能量的转换过程。它由液压泵（或空气压缩机）将原动机的机械能转换为液体（或气体）的压力能，再通过液压缸或液压马达（气缸或气压马达）将流体压力能转换为机械能，以驱动工作机构完成所要求的各种动作。1-2液压传动系统有哪些基本组成部分？试说明各组成部分的作用。答：一个完整的、能够正常工作的液压与气压传动系统，应该由以下五个主要部分组成：1.动力装置它是将原动机(电动机)供给的机械能转变为液体或者气体的压力能的装置，为各类液(气)压设备提供动力。最常见的形式是液压泵或空气压缩机。2.执行装置它是将液体或气体的压力能转变为机械能的装置。包括做直线运动的液压缸和作回转运动的液压马达、摆动缸，它们又称为液压系统的执行元件。3.控制调节装置它们的作用是控制执行元件的压力、流量和方向，以保证执行元件完成预期的工作运动。如压力阀、流量阀、方向阀等。4.辅助装置是使工作介质(油或气)贮存、输送、净化、润滑、测量以及用于元件间连接的装置，如过滤器、油管、压力计、流量计、油箱、油雾器、消声器等。它们对保证系统正常工作是必不可分的。5.工作介质用它进行能量和信号的传递。在液压系统中通常用液压油液为工作介质，同时还可起润滑、冷却和防锈的作用，气动系统则以压缩空气作为工作介质。1-3液压传动与机械传动、电气传动比较，有哪些主要的优缺点？答：在输出相同功率的条件下，液压转动装置体积小、重量轻、结构紧凑、惯性小、并且反应快。可在运行过程中实现大范围的无级调速、且调节方便。调速范围一般可达100：1，甚至高达2000：1。传动无间隙，运动平稳，能快速启动、制动和频繁换向。操作简单，易于实现自动化，特别是与电子技术结合更易于实现各种自动控制和远距离操纵。不需要减速器就可实现较大推力、力矩的传动。易于实现过载保护，安全性好；采用矿物油作工作介质，滋润滑性好，故使用寿命长。液压元件已是标准化、系列化、通用化产品、便于系统的设计、制造和推广应用。液压传动的主要缺点：（1）油液的泄露、油液的可压缩性、油管的弹性变形会影响运动的传递正确性，故不宜用于精确传动比的场合。（2）由于油液的粘度随温度而变，从而影响运动的稳定性，故不宜在温度变化范围较大的场合工作。（3）由于工作过程中有较多能量损失（如管路压力损失、泄漏等），因此，液压传动的效率还不高，不宜用于远距离传动。（4）为了减少泄漏，液压元件配合的制造精度要求高，故制造成本较高。同时系统故障诊断困难。气压传动的主要优点：（1）以空气为传动介质，取之不尽，用之不竭；用过的空气直接排到大气中，处理方便，不污染环境，符合“绿色制造”中清洁能源的要求。（2）空气的粘度很小，因而流动时阻力损失小，便于集中供气、远距离传输和控制。（3）工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射及振动等恶劣环境中工作，比液压、电子、电气控制优越。（4）维护简单，使用安全可靠，过载能自动保护。气压传动的主要缺点：（1）气压传动装置的信号传递速度限制在声速（约340m/s）范围内，所以它的工作频率和响应速度远不如电子装置，并且信号要产生较大的失真和延滞，不宜用于对信号传递速度要求十分高的场合中，但这个缺点不影响其在工业生产过程中应用。（2）由于空气的可压缩性大，因而气压传动工作速度的稳定性较液压传动差，但采用气液联合可得到较满意的效果。（3）系统输出力小，气缸的输出力一般不大于50KN；且传动效率低。（4）排气噪声较大，在高速排气时要加消声器。1-4深入企业，写一份3000字左右调查报告，了解液压与气动技术的应用。项目2液压油的选用与维护思考与练习2-1什么叫液体的黏性？常用的黏度表示方法有哪几种？它们相互如何换算？答：当液体在外力作用下流动时，由分子间的内聚力（液体内部分子之间引力的作用效果）而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力。液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的黏性。液体黏性的大小用黏度表示。常用的黏度有三种，即动力黏度、运动黏度和相对黏度。2-2压力的定义是什么？压力有哪几种表示方法？液压系统的工作压力与负载有什么关系？答：根据度量基准的不同，液体压力分为绝对压力和相对压力两种。绝对压力是以绝对零压力作为基准来进行度量，相对压力是以当地大气压为基准来进行度量。液压系统中，液体的压力是由外负载决定。2-3阐述层流与紊流的物理现象及其判别方法？答：液体的流动有两种状态，即层流和紊流。这两种流动状态的物理现象可以通过一个实验观察出来，这就是雷诺实验。雷诺数的物理意义是流动液体的惯性力与粘性力之比。雷诺数小，表示粘性力占主导地位，由压力与粘性力之间的平衡决定了流动的规律，流体质点受粘性力制约只能按层沿轴线方向运动，因此流动为层流。液体的流态由临界雷诺数Recr决定。当只Re＜Recr时为层流；当Re＞Recr时为紊流。2-4伯努利方程的物理意义是什么？该方程的理论式与实际式有什么区别？答：伯努利方程的物理意义是：在流束内作恒定流动的理想液体具有三种形式的比能，即比压能、比动能和比势能，它们之间可以相互转化，但在流束的任一处，这三种比能的总和是一定的。液压传动中使用的液压油都具有黏性，流动时必须考虑因黏性而损失一部分能量。另外，实际液体的黏性使流束的通流截面上各点的真实流速并不相同，精确计算时必须引进动能修正系数。2-5管路中的压力损失有哪几种？分别受哪些因素影响？答：实际液体具有黏性，流动时会有阻力产生。为了克服阻力，流动液体需要损耗一部分能量，具体表现为液体的压力损失。压力损失可分为沿程压力损失和局部压力损失。2-6如图所示，直径为d、质量为m的柱塞浸入充满液体的密闭容器中，在力F的作用下处于平衡状态。若浸入深度为h，液体密度为ρ，试求液体在测压管内上升的高度x。2-7如图所示，泵从油箱中吸油，管道直径d=6cm,泵的流量q=150L/min,吸油高度h=2.16m,油的运动黏度ν=30cst,密度ρ=900kg/m3,弯头局部水头损失系数为0.22,滤网的局部损失系数为0.5.不计沿程损失，求：1）油管中的流动状态。2）泵口的真空度。2-8如图所示，液压缸直径D=150mm，柱塞直径d=100mm，负载F=5×104N。若不计液压油自重及活塞或缸体重量，试求图示两种情况下液压缸内的液体压力是多少？答：2-9说明连续性方程的本质是什么？它的物理意义是什么？答：连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。该方程说明：在管道中作恒定流动的不可压缩液体，流过各截面的流量是相等的，因而流速与通流面积成反比。2-10何谓液压冲击与气穴现象？各有哪些危害？一般采取哪些预防措施？答：在液压传动系统中，常常由于一些原因而使液体压力突然急剧上升，形成很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。液压冲击的危害：系统中出现液压冲击时，液体瞬时压力峰值可以比正常工作压力大好几倍。液压冲击会损坏密封装置、管道或液压元件，还会引起设备振动，产生很大噪声。有时冲击会使某些液压元件，如压力继电器、顺序阀等产生误动作，影响系统正常工作。减小压力冲击的措施：液压冲击危害极大，根据其产生的原因，可以采取适当措施来减小液压冲击。减小液压冲击的主要措施如下。1）尽可能延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。在液压传动系统中采用换向时间可调的换向阀。2）正确设计阀口，限制管道流速及运动部件速度，使运动部件制动时速度变化比较均匀。例如，在机床液压传动系统中，通常将管道流速限制在4.5m/s以下，液压缸驱动的运动部件速度一般不宜超过10m/min等。3）在某些精度要求不高的工作机械上，使液压缸两腔油路在换向阀回到中位时瞬时互通。4）适当加大管道直径，尽量缩短管道长度。必要时，还可在冲击区附近设置卸荷阀和安装蓄能器等缓冲装置来达到此目的。5）采用软管，增加系统的弹性，以减少压力冲击。在流动的液体中，由于压力过分降低（低于其空气分离压）而有气泡形成的现象称为气穴现象。气穴对系统产生的危害：气穴的产生破坏了油液的连续状态。当所形成的气泡随着液流进入高压区时，气穴体积将急速缩小或溃灭。这一过程瞬时发生，从而产生局部液压冲击，其动能迅速转变为压力能及热能，使局部压力及温度急剧上升（局部压力可达数百甚至上千大气压，局部温度可达1000℃），并引起强烈的振动及噪声。过高的温度将加速工作液的氧化变质。如果这个局部液压冲击作用在金属表面上，金属壁面在反复液压冲击、高温及游离出来的空气中氧的侵蚀下将产生剥蚀，这种现象通常称为气蚀。预防气穴及气蚀所采取的措施：1）减小孔口或缝隙前后压力差，使孔口或缝隙前后压力差之比p1/p2＜3.5。2）限制泵吸油口至油箱油面的安装高度，尽量减少吸油管道中的压力损失（如及时清洗滤油器或更换滤芯）。3）提高各元件接合处管道的密封性，尽量防止空气渗入到液压系统中。4）对于易产生气蚀的零件采用抗腐蚀性强的材料，增加零件的力学强度，并降低其表面粗糙度。5）当拖动大负载运动的液压执行元件，因换向或制动在回油腔产生液压冲击的同时，会使原进油腔压力下降而产生真空。为防止气穴，应在系统中设置补油回路。2-11有一液压千斤顶，其工作原理如图所示。大、小活塞的直径比为D/d＝5，杠杆比为L/l＝5，若作用力F＝100N，求所顶起的重物W的重量是多少牛顿(N)？题2-11图题2-11图项目3解析液压泵站思考与练习3-1什么叫液压泵的容积效率、机械效率和总效率？相互关系如何？答：液压泵在能量转换和传递过程中，必然存在能量损失，如泵的泄漏造成的流量损失，机械运动副之间的摩擦引起的机械能损失等。液压泵的容积效率。液压泵由于存在泄漏，因此，它输出的实际流量q，总是小于理论流量qt，液压泵的容积效率ηV可用下式表示液压泵的机械效率。由于存在机械损耗和液体粘性引起的摩擦损失，因此，液压泵的实际输入转矩Ti，必然大于泵的所需的理论转矩Tt，其机械效率液压泵的总效率η。液压泵的总效率为泵的输出功率P0和输入功率Pi之比即液压泵的总效率等于容积效率ηV和机械效率ηm的乘积。3-2为什么液压泵的实际工作压力不宜比额定压力低很多？为什么液压泵在低转速下工作时容积效率和总效率均比额定转速时要低？答：在额定压力下，能发挥液压泵的最佳机械效率。如果工作压力比额定压力低太多，一是制造成本的增加，二是使用成本的浪费（电能、燃料）。液压泵在转速远低于额定转速下工作时，液压泵的实际工作压力低，转矩小。实践证明，转矩越小，液压泵的机械效率越低;且液压泵在低转速下工作时流量小，流量越小，液压泵的容积效率越低，所以液压泵的总效率较低。3-3什么是齿轮泵的困油现象？变量叶片泵的困油现象与齿轮泵有何不同？轴向柱塞泵是否也有困油现象？怎样产生的？答：齿轮泵要平稳地工作，齿轮啮合的重叠系数必须大于1，当前一对齿尚未退出啮合时，后一对齿已经进入啮合，这样在两对轮齿啮合瞬间，在两啮合处之间形成了一个封闭的容积，其内被封闭的油液随封闭容积从大到小(图3-8a～图3-8b)，又从小到大(图3-8b～图3-8c)的变化。被困油液压力周期性升高和下降会引起振动、噪声和空穴现象，这种现象称为困油现象。困油现象严重地影响泵的工作平稳性和使用寿命。为了减轻和消除困油现象的影响，通常在两端盖内侧面上开困油卸荷槽，有对称开的，也有偏向吸油腔开的，还有开圆形盲孔卸荷槽的。目的是使封闭容积减小时，通过卸荷槽使其与压油腔相通；封闭容积增大时通过卸荷槽使其与吸油腔相通。两槽之间的距离应保证吸、压油腔互不相通，否则泵不能正常工作。3-4为什么齿轮泵的齿轮多为修正齿轮？答：(1)齿数少于17齿齿轮要切根必须修正。（2）标准齿形流量太小为了加大流量必须修正齿轮。3-5有一齿轮泵的齿轮模数m＝3mm，齿数Z＝15，齿宽B＝25mm，转速n＝1450r/min，在额定压力下输出流量qv＝25L/min，试求该泵的容积效率？答：3-6某液压泵的输出油压p＝1OO×105Pa，转速n＝1450r/min，排量V＝200mL/r，容积效率ηv＝0.95，总效率η＝0.9。求驱动泵的电机功率至少多少？泵的输出功率是多少？答：3-7双作用式定量叶片泵的叶片在转子槽中为何向前有一倾角？而单作用式叶片泵的叶片为何向后有一倾角？答：双作用叶片泵，叶片在转子槽放置不采用径向安装，而是有一个顺转向的前倾角，如图3-15所示，理由是在压油区，如叶片径向安放，叶片和定子曲线有压力角β，定子对叶片的反力F在垂直叶片方向上的分力使叶片产生弯曲，将叶片压紧在叶片槽的侧壁上。这样摩擦力增大，使叶片内缩不灵活，会使磨损增大，所以将叶片顺转向倾斜一角度θ(通常θ＝13°)。这样使压力角减为α＝β－θ。压力角减小有利于叶片在槽内滑动。单作用式变量叶片泵在吸油区的叶片根部不通压力油，否则叶片给定子内壁摩擦力较大，会削弱泵的压力反馈作用。因而，为了能使叶片在惯性力作用下能顺利甩出，叶片采用后倾一个角度(α＝24°)安放。3-8为什么双作用叶片泵的叶片数取为偶数？而单作用叶片泵的叶片数为奇数？答：由于叶片有厚度，根部又连通压油腔，在吸油区叶片不断伸出，根部容积要由压力油补充，减少了输出流量，造成叶片泵有少量流量脉动。流量脉动率在叶片数为4的整数倍且大于8时最小，故定量叶片泵叶片数为10或12。单作用叶片泵在叶片单数时候脉动率小（实际实验得出的），也就取13、15这样的单数。3-9为保证双作用叶片泵的叶片在转子叶片槽内自由滑动并紧贴定子内表面，通常采用叶片槽根部全部通高压油的措施。请分析这一措施带来的三个方面的副作用。答：为了保证叶片顶部与定子内表面紧密接触，所有的叶片的根部通压力油，当叶片处于吸油区时，叶片作用于定子表面的力很大，在高速运转下，会加速定子内表面的磨损，这是不能提高泵的工作压力的主要原因。由于叶片有厚度，根部又连通压油腔，在吸油区叶片不断伸出，根部容积要由压力油补充，减少了输出流量，造成叶片泵有少量流量脉动。3-10为什么轴向柱塞泵一般不能反向旋转使用？如工作时要求能够正反转，结构上应采取什么措施？答:(1)轴向柱塞泵都是斜盘式的柱塞泵，反转时泵的进口就变成出口了，出口变成进口了，所以不能反转。但是一般都装有单向阀的。(2)轴向柱塞泵是改变斜盘的倾角，从而改变每个柱塞泵的行程使得泵的排量发生变化，所以可以改变斜盘的倾角与原来相反的数值从而实现。3-12蓄能器有哪些功用？安装和使用蓄能器应注意哪些事项？答：蓄能器是用来储存和释放液体压力能的装置，其主要功用如下：（1）作辅助动力源。（2）保压和补充泄漏。（3）吸收压力冲击和消除压力脉动。蓄能器在液压回路中的安放位置，随其功用的不同而异。在安装蓄能器时应注意以下几点：1）气囊式蓄能器原则上应垂直安装(油口向下)，只有在空间位置受到限制时才考虑倾斜或水平安装。2）吸收冲击压力和脉动压力的蓄能器应尽可能装在振源附近。3）装在管道上的蓄能器，要承受一个相当于其入口面积与油液压力乘积的力，因而必须用支持板或支持架固定。4）蓄能器与管道系统之间应安装截止阀，供充气、检修时使用。蓄能器与液压泵之间应安装单向阀，以防止停泵时压力油倒流。3-13滤油器在液压系统中应安装在什么位置？起什么作用？答：滤油器的作用就在于不断净化油液，使其污染程度控制在允许范围内。滤油器在液压系统中的安装位置，通常有以下几种：（1）安装在液压泵的吸油路上这种安装方式要求滤油器有较大的通油能力和较小的阻力(阻力不超过0.01MPa～0.02MPa)，否则将造成液压泵吸油不畅或空穴现象。该安装方式一般都采用过滤精度较低的网式滤油器。这种安装方式的作用主要是保护液压泵。（2）安装在压油路上这种安装方式可以保护除泵以外的其他液压元件。由于滤油器在高压下工作，壳体应能承受系统的工作压力和冲击压力。过滤阻力不应超过3.5×105Pa，以减少因过滤所引起的压力损失和滤芯所受的液压力。为了防止滤油器堵塞时引起液压泵过载或使滤芯裂损，可在压力油路上设置一旁路阀与滤油器并联，或在滤油器上设置堵塞指示装置。（3）安装在回油路上由于回油路上压力较低，这种安装方式可采用强度和刚度较低的滤油器。这种方式能经常地清除油液中的杂质，从而间接地保护系统。可并联一单向阀作为安全阀，以防堵塞引起系统压力提高。（4）单独过滤系统在大型液压系统中，可专门设置由液压泵和过滤器组成的独立过滤系统，专门滤去油箱中的污物，通过不断循环，提高油液的清洁度。专用过滤车也是一种独立的过滤系统。3-14油箱的功用是什么？设计油箱时应注意哪些问题？答：油箱的作用是储存油液，使渗入油液中的空气逸出，沉淀油液中的污物和散热。为了保证油箱的功用，在结构上应注意以下几个方面：（1）油箱要有足够的强度和刚度油箱一般用2.5mm～4mm的钢板焊接而成，尺寸大者要加焊加强筋。箱盖若安装液压站，则更应加厚及局部加强。（2）防污密封为防止油液污染，盖板及窗口各连接处均需加密封垫，各油管通过的孔都要加密封圈，注油器上要加滤油网。（3）吸油管与回油管设置吸、回油管距离应尽量远些，管口应插入最低油面以下。回油管切45°斜口并应面向箱壁。（4）油温控制油箱正常工作温度应在15℃～65℃之间。必要时应设温度计和热交换器。（5）油箱内壁的加工新油箱内壁要经喷丸、酸洗和表面清洗，然后可涂一层与工作液相容的塑料薄膜或耐油清漆。（6）对功率较大且连续工作的液压系统，应进行热平衡计算然后再确定油箱的有效容积。3-15油管有几种？各用在什么场合？答：液压系统中使用的油管，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶软管等多种类型，应根据液压元件的安装位置、使用环境和工作压力等进行选择。油管的种类、特点及适用范围种类特点和适用范围硬管钢管能承受高压(25MPa～32MPa)、价格低廉、耐油、抗腐蚀、刚性好，但装配时不能任意弯曲，因而多用于中、高压系统的压力管道。一般中、高压系统用10号、15号冷拔无缝钢管，低压系统可用焊接钢管。紫铜管装配时易弯曲成各种形状，但承压能力较低(一般不超过6.5MPa～10MPa)。铜是贵重材料，抗振能力较差，又易使油液氧化，应尽量少用。紫铜管一般只用在液压装置内部配接不便之处。黄铜管可承受较高的压力(25MPa)，但不如紫铜管那样容易弯曲成形。软管尼龙管新型的乳白色半透明管，承压能力因材料而异，自2.5MPa～8MPa不等，目前大都在低压管道中使用。将尼龙管加热到140℃左右后可随意弯曲和扩口，然后浸入冷水冷却定形，因而它有着广泛的使用前途。塑料管价格便宜，装配方便，但承压能力差，只适用于工作压力小于0.5MPa的管道，如回油路、泄油路等处。塑料管长期使用后会变质老化。橡胶软管用于两个相对运动件之间的连接，分为高压和低压两种。高压橡胶软管由夹有几层钢丝编织的耐油橡胶制成，钢丝层数越多耐压越高。低压橡胶软管由夹有帆布的耐油橡胶或聚氯乙烯制成，多用于低压回油管道。3-16管接头有几种？各用在什么场合？答：管接头是管道和管道、管道和其他元件(如泵、阀、阀块等)之间的可拆卸连接件。管接头与其他元件之间可采用普通细牙螺纹连接或米制锥螺纹连接。3-17已知齿轮泵顶圆直径De＝48mm，齿宽B＝24mm，齿数Z＝13。若最大工作压力p＝10MPa，电动机转速n＝980r/min。求电动机功率(泵的容积效率ηpv＝0.90，总效率ηp＝0.8)。3-18有一齿轮泵，在齿轮两侧端面间隙s1＝s2＝0.04mm，转速n＝1000r/min，工作压力p＝2.5MPa时输出的流量q＝20L/min，容积效率ηpv＝0.90。工作一段时间后，端面间隙因磨损分别增大为s1＝0.042mm，s2＝0.048mm(其他间隙不变)。若泵的工作压力和转速不变。求此时的容积效率。(提示：s1＝s2＝0.04mm时端面间隙泄漏占总泄漏的85％)项目4解析液压执行元件思考与练习4-1双杆活塞式液压缸在缸固定和杆固定时，工作台运动范围有何不同?试绘图说明。答：（a）（b）图双杆活塞缸图a为缸体固定式结构简图。当缸的左腔进压力油，右腔回油时，活塞带动工作台向右移动；反之，右腔进压力油，左腔回（a）（b）图双杆活塞缸图b为活塞固定式结构简图。液压油经空心活塞杆的中心孔及其活塞处的径向孔c、d进、出液压缸。当缸的左腔进压力油，右腔回油时，缸体带动工作台向左移动；反之，右腔进压力油，左腔回油时，缸体带动工作台向右移动。其运动范围略大于缸有效行程的两倍，常用于行程长的大、中型设备的液压系统。4-2活塞式液压缸在缸固定和杆固定时，其运动方向和进油方向之间是什么关系？答：当向缸两腔分别供油，且供油压力和流量相同时，活塞(或缸体)在两个方向的推力和运动速度不相等。当无杆腔进压力油，有杆腔回油时，活塞推力F1和运动速度v1分别为当有杆腔进压力油，无杆腔回油时，活塞推力F2和运动速度v2分别为式中A1——缸无杆腔有效工作面积；A2——缸有杆腔有效工作面积。4-3若要求某差动液压缸快进速度v1是快退速度v2的3倍，试确定活塞面积A1和活塞杆截面积A2之比A1/A2为多少？答：4-4活塞式、柱塞式和摆动液压缸各有什么特点？适用于什么场合？答：液压缸按结构特点的不同可分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类。活塞缸和柱塞缸用以实现直线运动，输出推力和速度；摆动缸用以实现小于360°的转动，输出转矩和角速度。4-5为什么液压缸内径D和活塞杆直径d在计算后要圆整，还要再查表取标准值？答：如果算出的液压缸内径和活塞杆内径不圆整成标准值——则液压缸就是一个非标产品,会出现以下状况：

1）活塞缸体一般是铸铁的,非标的东西,要重新制作铸造用的模子,会增加铸模费用；

2）缸径不标准会造成活塞不标准,活塞不标准会造成活塞密封也不是标准件,在市场上也配不到相应的密封,所以需要定做密封,这样也会增加成本；

3）液压缸内径和活塞杆不标准,会造成端盖和活塞杆端的密封也不标准,也需要定做,增加成本。4-6有一柱塞式缸，当柱塞固定、缸体运动时，压力油从空心柱塞中流入，压力为p，流量为qv，缸体内径为D，柱塞外径为d，内孔为d0。试求缸所产生的推力和运动速度及方向。答：4-7如图所示，两个结构相同的液压缸串联。已知液压缸无杆腔面积A1为100cm2，有杆腔面积A2为80cm2，缸1的输入压力为p1＝1.8MPa，输入流量qv1＝12L/min，若不计泄漏和损失1)当两缸承受相同的负载时(F1＝F2)，该负载为多少？两缸的运动速度各是多少？2)缸2的输入压力为缸1的一半(p2＝p1/2)时，两缸各承受多大负载？3)当缸1无负载(F1＝0)时，缸2能承受多大负载？题4-7图答：题4-7图（a)（b)（c)题4-8图4-8如图所示，液压缸活塞直径D＝100mm，活塞杆直径d＝70mm，进入液压缸的油液流量q＝25L/min，压力p1＝20×105Pa，回油背压p2＝2×105Pa，试计算图示a、b、c三种情况下缸体的运动速度大小和方向，最大推力的大小和方向，以及活塞杆受拉还是受压？（a)（b)（c)题4-8图答：项目5解析液压控制阀思考与练习5-1电液动换向阀的先导阀，为何选用Y型中位机能?改用其他型中位机能是否可以？为什么?试说明电液动换向阀的组成特点及各组成部分的功用。答：不行，使液控阀两边在先导阀断电时无压力处于中位状态，改用其它中位机能不行，不能达到上述要求。这样可以保证主阀芯在中位时，油液能回油。电液换向阀是由电磁换向阀和液动换向阀组成的复合阀。电磁换向阀为先导阀，它用以改变控制油路的方向；液动换向阀为主阀，它用以改变主油路的方向。这种阀的优点是可用反应灵敏的小规格电磁阀方便地控制大流量的液动阀换向。5-2二位四通电磁阀能否做二位三通或二位二通阀使用？具体接法如何？答：可以把液压阀板上不需要的口用油塞堵上，比如需要将两位四通变成两位三通，可以把液压阀板（标准采购或自制）的A口堵上，只留B口，就可以实现两位三通。两位两通也一样，把T口再堵上就可以了。5-3若先导式溢流阀主阀芯上阻尼孔被污物堵塞，溢流阀会出现什么样的故障？如果溢流阀先导阀锥阀座上的进油小孔堵塞，又会出现什么故障。答：第一种情况油液压力与主阀弹簧力平衡，主阀弹簧很软，稍有压力即会打开。第二种情况倘若阻尼孔被堵塞，先导阀锥阀关闭，不能产生压力降，进、出油口不能接通，则溢流阀不能溢流，无论系统压力增加多少，溢流阀也不能溢流，阀一直打不开。5-4若把先导式溢流阀的远程控制口当成泄漏口接油箱，这时液压系统会产生什么问题？答：产生卸荷现象，系统压力近乎零。5-5试比较溢流阀、减压阀、顺序阀(内控外泄式)三者之间的异同点。顺序阀能否当溢流阀用？答：相同点：都是利用控制压力与弹簧力相平衡的原理，改变滑阀移动的开口量，通过开口量的大小来控制系统的压力。结构大体相同，只是泻油路不同。不同点：溢流阀是通过调定弹簧的压力，控制进油路的压力，保证进口压力恒定。出油口与油箱相连。泄漏形式是内泄式，常闭，进出油口相通，进油口压力为调整压力，在系统中的联结方式是并联。起限压、保压、稳压的作用。减压阀是通过调定弹簧的压力，控制出油路的压力，保证出口压力恒定。出油口与减压回路相连。泄漏形式为外泄式。常开，出口压力低于进口压力，出口压力稳定在调定值上。在系统中的联结方式为串联，起减压、稳压作用。顺序阀是通过调定弹簧的压力控制进油路的压力，而液控式顺序阀由单独油路控制压力。出油口与工作油路相接。泄漏形式为外泄式。常闭，进出油口相通，进油口压力允许继续升高。实现顺序动作时串联，作卸荷阀用时并联。不控制系统的压力，只利用系统的压力变化控制油路的通断。5-6如图所示，两个不同调整压力的减压阀串联后的出口压力决定于哪一个减压阀的调整压力？为什么？如两个不同调整压力的减压阀并联时，出口压力又决定于哪一个减压阀？为什么？题5-6图答:两个不同调整压力的减压阀串联后的出口压力决定于较小一个诚压阀的调整压力。前大后小决定于第二个，前小后大，后-个不起作用。题5-6图如两个不同调整压力的减压阀并联时，出口压力又诀定于较大一个减压阀。两个阀分别调整，油路分拢后决定于高的。5-7调速阀与节流阀在结构和性能上有何异同？各适用于什么场合下？答：节流阀，是调节和控制阀内开口的大小直接限制流体通过的流量达到节流的目的。由于是强制受阻节流，所以节流前后会产生较大的压力差，受控流体的压力损失比较大，也就是说节流后的压力会减小。节流阀结构简单，制造容易，体积小，使用方便，造价低。但负载和温度的变化对流量稳定性的影响较大，因此只适用于负载和温度变化不大或速度稳定性要求不高的液压系统。调速阀，是在节流阀节流原理的基础上，又在阀门内部结构上增设了一套压力补偿装置，改善的节流后压力损失大的现象，使节流后流体的压力基本上等同于节流前的压力，并且减少流体的发热。题5-8图5-8如图所示两个液压系统的泵组中，各溢流阀的调整压力分别为pA＝4MPa，pB＝3MPa，pC＝2MPa，若系统的外负载趋于无限大时，泵出口的压力各为多少？题5-8图答：图a，三个阀并联，出口压力取决于最小的那个，即出口压力P=PC=2MP。

图b，溢流阀C的遥控口接油箱，阀口全开，即相当于通路，故出口压力P=PA+PB+PC=9MPa5-9什么叫压力继电器的开启压力和闭合压力？压力继电器的返回区间如何调整？答：压力继电器主要用于对液体或气体压力的高低进行检测并发出开关量信号，以控制电磁阀、液压泵等设备对压力的高低进行控制。压力继电器发出电信号时的压力，称为开启压力；切断电信号时压力称为闭合压力。由于开启时阀芯摩擦力的方向与油压力的方向相反、闭合时相同，故开启压力＞闭合压力，两者之差称为压力继电器通断返回区间。当控制压力达到设定压力时，发出电信号，控制电气元件（如电磁铁、继电器等）动作，实现油路转换、泵的加载或卸荷、执行元件的顺序动作、系统的安全保护和连锁等功能。5-10试说明电液比例压力阀和电液比例调速阀的工作原理，与一般压力阀和调速阀相比，它们有何优点?答：用比例电磁铁取代直动式溢流阀的手动调压装置，便成为直动式比例溢流阀。将直动式比例溢流阀作为先导阀与普通压力阀的主阀相结合，便可组成先导式比例溢流阀、比例顺序阀和比例减压阀。使这些阀能随电流的变化而连续地或按比例地控制输出油的压力。用比例电磁铁取代节流阀或调速阀的手动调速装置，便成为比例节流阀或比例调速阀。它能用电信号控制油液流量，使其与压力和温度的变化无关。它也分为直动式和先导式两种。受比例电磁铁推力的限制，直动式比例流量阀适用作通径不大于10mm的小规格阀。当通径大于10mm时，常采用先导式比例流量阀。它用小规格比例电磁铁带动小规格先导阀，再利用先导阀的输出放大作用来控制流量大的主节流阀或调速阀，因此能用于压力较高的大流量油路的控制。总之，采用比例阀既能提高液压系统性能参数及控制的适应性，又能明显地提高其控制的自动化程度。项目6液压系统基本回路组建与调试思考和练习6-1调速回路有哪几类？各适用于什么场合？答：调速回路是用来调节执行元件的运动速度。改变输入执行元件的流量、液压缸的有效工作面积或液压马达的排量都可达到调速目的。目前液压系统的调速方式有以下三种。（1）节流调速用定量泵供油，由流量控制阀改变输入执行元件的流量来调节速度。（2）容积调速通过改变变量泵或（和）变量马达的排量来调节速度。（3）容积节流调速用能自动改变流量的变量泵与流量控制阀联合来调节速度。6-2常用的快速运动回路有哪几种？各适用于什么场合？答：快速运动回路又称增速回路，其功用在于使液压执行元件在空载时获得所需的高速，以提高系统的工作效率或充分利用功率。实现快速运动有多种回路，下面介绍几种常用的快速运动回路。(1)液压缸的差动连接快速运动回路;(2)采用蓄能器的快速补油回路;(3)利用双泵供油的快速运动回路。6-3快、慢速转换回路有哪几种形式？各有什么优缺点？答：用行程阀来实现快速与慢速换接的回路。在这种速度换接回路中，因为行程阀的通油路是由液压缸活塞的行程控制阀芯移动而逐渐关闭的，所以换接时的位置精度高，冲出量小，运动速度的变换也比较平稳。这种回路在机床液压系统中应用较多，它的缺点是行程阀的安装位置受一定限制(要由挡铁压下)，所以有时管路连接稍复杂。行程阀也可以用电磁换向阀来代替，这时电磁阀的安装位置不受限制(挡铁只需要压下行程开关)，但其换接精度及速度变换的平稳性较差。对于某些自动机床、注塑机等，需要在自动工作循环中变换两种以上的工作进给速度，这时需要采用两种(或多种)工作进给速度的换接回路。用两个调速阀来实现不同工进速度的换接回路。一种是两个调速阀并联，由换向阀实现换接。两个调速阀可以独立地调节各自的流量，互不影响；但是一个调速阀工作时另一个调速阀内无油通过，它的减压阀不起作用而处于最大开口状态，因而速度换接时大量油液通过该处将使机床工作部件产生突然前冲现象。因此它不宜用于工作过程中速度换接的场合，只可用于速度预选的场合。题6-4图另外一种是两调速阀串联的速度换接回路。在这种回路中，前面的调速阀一直处于工作状态，它在速度换接时限制着进入后面调速阀的流量，因此它的速度换接平稳性比较好，但由于油液经过两个调速阀，因此能量损失比较大。题6-4图6-4如图所示的回路中，溢流阀的调整压力为5.0MPa，减压阀的调整压力为2.5MPa，试分析下列情况，并说明减压阀阀口处于什么状态？1）当泵压力等于溢流阀调整压力时，夹紧缸使工件夹紧后，A、C点的压力各为多少？2）当泵压力由于工作缸快进压力降到1.5MPa时（工作原先处于夹紧状态）A、C点的压力各为多少？3）夹紧缸在夹紧工件前作空载运动时，A、B、C三点的压力各为多少？解:

(1)工件夹紧时，夹紧缸压力即为减压阀调整压力,pA=pC=2.5Mpa。减压阀开口很小,这时仍有一部分油通过减压阀阀芯的小开口(或三角槽),将先导阀打开而流出，减压阀阀口始终处在工作状态。(2)泵的压力突然降到1.5Mpa时,减压阀的进口压力小于调整压力,减压阀阀口全开而先导阀处于关闭状态，阀口不起减压作用,pA=pB=1.5Mpa。单向阀后的C点压力,由于原来夹紧缸处于2.5Mpa,单向阀在短时间内有保压作用,故pC=2.5Mpa,以免夹紧的工件松动。

(3)夹紧缸作空载快速运动时，pC=0。A点的压力如不考虑油液流过单向阀造成的压力损失，pA=0。因减压阀阀口全开，若压力损失不计，则pB=0。由此可见，夹紧缸空载快速运动时将影响到泵的工作压力。题6-5图6-5A、B阀的调整压力分别为pA=3.5MPa，pB=5.0MPa，当外载足够大时，求两种连接状态下系统压力是多少？题6-5图题6-6图答：图a,

A、B两阀并联，系统压力由其中最小设定压力决定，所以泵出口压力为阀A的调整压力3.5MPa。图b，A、B两阀串联，系统压力为两阀之和，所以泵出口压力为阀A、B之和，即8.5MPa。题6-6图6-6如图所示的液压系统的工作循环为快进→工进→死挡铁停留→快退→原位停止，其中压力继电器用于死挡铁停留时发令，使2YA得电，然后转为快退。问：1)压力继电器的动作压力如何确定？2)若回路改为回油路节流调速，压力继电器应如何安装？说明其动作原理。答：1）压力继电器的动作压力为溢流阀调定压力。2）调速阀进口应加电路，使调速阀进口压力为0时，继电器动作。6-7如图所示为液压机液压回路示意图。设锤头及活塞的总重量G=3×103N，油缸无杆腔面积A1=300mm2，油缸有杆腔面积A2=200mm2，阀5的调定压力p=30MPa。试分析并回答以下问题：1）写出元件3、4、5的名称；2）系统中换向阀采用何种滑阀机能，并形成了何种基本回路？3）当1YA、2YA两电磁铁分别通电动作时，压力表7的读数各为多少？答：1）3为溢流阀；4为中位机能为M型的三位四通电磁换向阀；5为单向顺序组合阀。系统中换向阀采用M型中位滑阀机能，此时P、O口连通，A，B口封闭，液压泵卸荷，执行元件处于闭锁状态。3）当1YA、2YA两电磁铁分别通电动作时，压力表7的读数分别为20MPa、0MPa。题6-7图6-8在回油节流调速回路中，在液压缸的回油路上，用减压阀在前、节流阀在后相互串联的方法，能否起到调速阀稳定速度的作用？如果将它们装在缸的进路或旁油路上，液压缸运动速度能否稳定？题6-7图答：回油路、旁油路有作用，进油路无作用。题6-9图6-9如图所示为采用中、低压系列调速阀的回油调速回路，溢流阀的调定压力为4MPa，缸径，活塞杆直径，负载力，工作时发现活塞运动速度不稳定，试分析原因，并提出改进措施。题6-9图答：工作时发现活塞运动速度不稳定，主要原因是节流阀两端压差太小，几乎没有。改进措施：如油泵额定压力可以调大溢流阀控制压力，如不行只有改小最大外载。6-10主油路节流调速回路中溢流阀的作用是什么？压力调整有何要求？节流阀调速和调速阀调速在性能上有何不同？答：主油路节流调速是将节流阀串联在主油路上，并联一溢流阀，多余的油液经溢流阀流回油箱，由于溢流阀一直处于工作状态，所以泵出口压力保持恒定不变，故又称为定压式节流调速回路。节流调速回路采用节流阀或调速阀实现。通过改变主回路的通流面积从而改变流量实现调速。在要求调速性能好的场合采用调速阀调速。节流调速装置简单，并能获得较大的调速范围。但系统中节流损失大，效率低，容易引起油液发热。6-11图6-19所示双泵供油快速运动回路中，1泵和2泵各有什么特点？单向阀的作用是什么？溢流阀7为什么接在去系统油路上？答：泵l为高压小流量泵，泵2是低压大流量泵，他们组成双联泵作动力源。单向阀8的作用是防止高压小流量泵1及系统油液向低压大流量泵2流入。单向阀9的作用是防止系统油液向高压小流量泵1倒流。溢流阀7起调压溢流作用，为常开式。6-12两调速阀串联的速度换接回路中阀A和阀B是否可以位置互换？为什么？答：两调速阀串联的速度换接回路中阀A和阀B不可以位置互换。在该回路中，要求调速阀B的开口量要调得比调速阀A的小。由于调速阀A一直处于工作状态，在速度换接时限制了进入调速阀B的流量，所以其速度换接较平稳。6-13在多缸互不干扰系统中双联泵能否像图6-19那样连接？答：采用双泵分别供油的快慢速互不干扰回路中，两缸的“快进”和“快退”均由低压大流量泵2供油，两缸的“工进”均由高压小流量泵1供油。快速和慢速供油渠道不同，因而避免了相互的干扰。图6-19中快速时是两个泵同时供油，工作原理不一样。6-14如图所示的回路中，已知活塞运动时的负载F=1200N，活塞面积A=15×10-4m2，溢流阀调整值为4.5MPa，两个减压阀的调整值分别为PJ1=3.5MPa，PJ2=2MPa。如油液流过减压阀及管路时的损失可略去不计，试确定活塞在运动时和停在终端位置处时，A、B、C三点的压力。题6-14图答：题6-14图6-15由变量泵和定量马达组成的调速回路，变量泵的排量可在0～50cm3/r范围内改变，泵转速为1000r/min，马达排量为50cm3/r，安全阀调定压力为10MPa，泵和马达的机械效率都是0.85，在压力为10MPa时，泵和马达泄漏量均是1L/min，求：液压马达的最高和最低转速。液压马达的最大输出转矩。液压马达最高输出功率。计算系统在最高转速下的总效率。项目7典型液压系统的安装调试与故障排除思考与练习7-1试述阅读液压传动系统图的一般步骤。答：阅读液压系统图时，大致按下述步骤进行。1）了解设备的功用及对液压系统动作和性能的要求。2）初步分析液压系统图，以执行元件为中心，将系统分解为若干个子系统。从液压系统中拆分液压基本回路的主要方法就是从液压元件在基本回路中所起的关键作用入手，结合所学的基本回路的知识，掌握该回路的工作原理。例如：要从液压系统中拆分换向回路，就要选取缸、换向阀、泵组成一个换向回路，换向回路的作用就是通过换向阀来控制缸的运动方向。3）对每个子系统进行分析。分析组成子系统的基本回路及各液压元件的作用；按执行元件的工作循环分析实现每步动作的进油和回油路线。4）根据系统中对各执行元件之间的顺序、同步、互锁、防干扰或联动等要求分析各子系统之间的联系，弄懂整个液压系统的工作原理。5）归纳出设备液压系统的特点和使设备正常工作的要领，加深对整个液压系统的理解。7-2液压动力滑台快进动作的工作原理是什么？其从快进到工进动作时如何控制的？试想一下是否还有别的控制方法。答：液压缸为差动连接，动力滑台实现快进。快进到工进是行程换向阀控制的快慢速转换回路。7-3简述MJ-50数控车床液压系统中的回转刀盘分系统的作用及其工作油路。答：回转刀盘分系统有两个执行元件，刀盘的松开与夹紧由液压缸执行，而液压马达则驱动刀盘回转。因此，分系统的控制回路也有两条支路。第一条支路由三位四通换向阀3和两个单向调速阀9和10组成。通过三位四通换向阀3的切换控制液压马达即刀盘正、反转，而两个单向调速阀9和10与变量液压泵，则使液压马达在正、反转时都能通过进油路容积节流调速来调节旋转速度。第二条支路控制刀盘的放松与夹紧，它是通过二位四通换向阀的切换来实现的。刀盘的完整旋转过程：刀盘松开→刀盘通过左转或右转就近到达指定刀位→刀盘夹紧。因此电磁铁的动作顺序是4DT得电（刀盘松开）→8DT（正转）或7DT（反转）得电（刀盘旋转）→8DT（正转时）或7DT（反转时）失电（刀盘停止转动）→4DT失电（刀盘夹紧）。7-4电液换向阀的滑阀不动作的产生原因有哪几种情况？如何解决？答：7-5减压回路工作中压力减不下来的原因有哪些？如何解决？答：减压回路的功用是使系统中的某一部分油路具有低于主油路的稳定压力。最常见的减压回路采用定值减压阀与主油路相连。回路中的单向阀用于防止油液倒流，起短时保压的作用。减压回路中也可以采用类似两级或多级调压的方式获得两级或多级减压。减压回路工作中压力减不下来的原因主要是：阀进出油口接错、先导型阀前阻尼孔被堵塞、阀芯在关闭位置上被卡住。7-6顺序动作回路工作时，顺序动作冲击大的原因是什么？怎样解决？答：执行元件产生微动或前冲的原因主要是换向阀中位机能选择不当、换向阀换位滞后。7-7液压缸运动速度不稳定的原因有哪些？怎么解决该问题？答：不能低速工作的原因主要是节流阀或调速阀节流口被堵塞、节流阀或调速阀前后压降过小、调速阀内减压阀阀芯被卡住。在负载增加时速度显著降低的原因是元件泄漏随负载增大而增加过大。执行元件产生爬行的原因是液压系统渗入了空气、导轨润滑不良或导轨与缸轴线平行度误差太大、活塞杆密封过紧或活塞杆弯曲变形过大、液压缸回油背压不足、液压泵输出流量脉动较大、节流阀口堵塞或调速阀内减压阀阀芯移动不灵活。项目8分析气压传动系统思考与练习8-1简述气压传动系统的工作原理及组成。答：气压传动系统先将机械能转换成压力能，然后通过各种元件组成的控制回路来实现能量的调控，最终再将压力能转换成机械能，使执行机构实现预定的功能，按照预定的程序完成相应的动力与运动输出。根据元件在气压传动系统中的不同功能，气体系统可以分成以下几部分：（1）气源装置由空气压缩机及其附件（后冷却器、油水分离器和储气罐等）所组成。它将原动机供给的机械能转换成气体的压力能，作为转动与控制的动力源。（2）气源净化装置清除压缩空气中的水分、灰尘和油污，以输出干燥洁净的空气供后续元件使用，如各种过滤器和干燥器等。（3）气动执行元件它把空气的压力能转化为机械能，以驱动执行机构作往复运动（如汽缸）或旋转运动（如气马达）。（4）气动控制元件控制和调节压缩空气的压力、流量和流动方向，以保证气动执行元件按预定的程序正常地进行工作。如压力阀、流量阀、方向阀和比例阀等（5）辅助元件是解决元件内部润滑、排气噪声、元件间的连接以及信号转换、显示、放大、检测等所需要的各种气动元件。如油雾器、消声器、管接头及连接管、转换器、显示器、传感器、放大器和程序器等。8-2气压传动系统和液压传动系统相比有何不同？答：气动技术与其他的传动和控制方式相比，其主要优缺点如下：1.优点1）气动装置的结构简单、轻便，安装维护简单，压力等级低，故使用安全。2）气压传动的工作介质是空气，成本低，取之不尽，也不易堵塞管路，排气无需排气管路，并且对环境污染小。3）对于液压系统而言，气动的反应快，动作迅速，输出力及工作速度的调节也非常容易。气缸动作速度一般为50mm/s～500mm/s,适合于快速运动。4）可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作次数约为数百万次，而一般电磁阀的寿命大于3000万次，小型阀超过2亿次。5）利用空气的可压缩性，可储存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的告诉响应。可实现缓冲，对冲击负载有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。6）全自动控制具有防火、防爆、耐潮的能力。与液压方式相比，气动方式更适合在高温场合使用。7）由于空气在管路中流动损失小，易于实现压缩空气集中供应，远距离输送。2.缺点1）由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化，气缸的稳定性较差，但采用气液联动方式可以克服这一缺陷。2）虽然在许多应用场合，气缸的工作压力比较低，输出力和力距虽能满足工作需要，但其输出力比液压缸小。3）噪音较大，尤其在超声速速排气时要加消音器。8-3气源及净化装置都包括哪些设备？都起什么作用？答：气源装置是提供洁净，干燥，并且具有一定压力和流量的压缩空气的装置，从而满足气压传动和控制的要求。气动辅助元件更是气压传动系统正常工作必不可少的组成部分。气源装置一般由三部分组成：1）产生压缩空气的气压发生装置，如空气压缩机。2）净化压缩空气的辅助装置和设备，如过滤器、油水分离器、干燥器等。3）输送压缩空气的供气管道系统。压缩空气净化装置一般包括：后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器、过滤器等。8-4气源装置中为什么设储气罐？答:储气罐的作用是储存一定数量的压缩空气；消除压力波动，保证输出气流的连续性；调节用气量或以备发生故障和临时需要应急使用；进一步分离压缩空气中的水分和油分。对于活塞式空压机，应考虑在压缩机和后冷却器之间安装缓冲气罐，以消除空压机输出压力的脉动，保护后冷却器；而螺杆式空压机，输出压力比较平稳，一般不必加缓冲气罐。一般气动系统中的气罐多为立式，它用钢板焊接而成，并装有放泄过剩压力的安全阀、指示罐内压力的压力表和排放冷凝水的排水阀。8-5油雾器的工作原理是什么？答：气动系统中的各种气阀、气缸、气动马达等，其可动部分需要润滑，但以压缩空气为动力的气动元件都是密封气室，不能用一种方法注油，只能以某种方法将油混入气流中，随气流带到需要润滑的地方。油雾器就是这样一种特殊的注油装置。它使润滑油雾化后随空气流进入需要润滑的运动部件。用这种方法加油，具有润滑均匀、稳定和耗油量